王時靜 陳永苗

游泳池采用三集一體熱泵時的一種優(yōu)化方案

王時靜 陳永苗

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 南京 211168）

分析了三集一體恒溫除濕熱泵在室內(nèi)游泳池中的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上提出新風(fēng)系統(tǒng)采用全熱交換器的一種優(yōu)化方案，通過節(jié)能分析計算證明該方案能實現(xiàn)能量的回收利用，達到了節(jié)能減排的目的。

室內(nèi)游泳池；全熱交換器；新風(fēng)負荷；節(jié)能

0 引言

近年來室內(nèi)娛樂性泳池的建設(shè)越來越多，室內(nèi)游泳池存在著能源消耗大，建筑圍護結(jié)構(gòu)結(jié)露、腐蝕、脫落，空氣質(zhì)量惡劣等問題引起了相關(guān)專業(yè)人員的重視，文獻[1-4]進行標準的討論，文獻[5-9]利用三集一體機對空氣處理過程進行了優(yōu)化，取得了較好的節(jié)能效果，但是對新風(fēng)的處理及節(jié)能措施并沒有考慮，本文在三集一體熱泵機組的基礎(chǔ)上對新風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

1 三集一體恒溫除濕熱泵

由于三集一體恒溫除濕熱泵被廣泛投入使用，其在泳池空調(diào)設(shè)計中也逐漸被重視。文獻[5,6]對三集一體恒溫除濕熱泵的設(shè)備配置進行了分析，研究表明其具有節(jié)能和運行管理方便的優(yōu)點，較常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)約運行費用50%以上。文獻[7]闡述了三集一體熱泵在游泳館這一特殊環(huán)境中的優(yōu)越性。文獻[8]通過建模計算確定了除濕熱泵冬、夏季設(shè)計運行狀態(tài)參數(shù)，分析了室內(nèi)顯熱負荷、新風(fēng)比對系統(tǒng)節(jié)能的影響。文獻[9]介紹了三集一體機的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題。

圖1 三集一體恒溫除濕泳池熱泵工作原理圖

三集一體恒溫除濕熱泵的工作原理如圖1所示：泳池水表面存在著大量水汽蒸發(fā)，回風(fēng)風(fēng)機將其從室內(nèi)抽出，一部分排到室外，另一部分和室外新風(fēng)混合，流經(jīng)表冷器冷卻除濕，冷凝水通過接水盤排出。然后混合空氣經(jīng)過空氣再熱器再熱，在送風(fēng)風(fēng)機的作用下，最后送入室內(nèi)，完成空氣調(diào)節(jié)過程。

在空氣處理方式上，三集一體恒溫除濕熱泵如圖2所示：室內(nèi)回風(fēng)N和大量室外新風(fēng)W的混合，混合后的混合空氣C，經(jīng)過表冷器冷卻減濕到L點（L為機器露點，一般位于90%～95%的相對濕度線上），再從L點等濕加熱到O點，然后送入室內(nèi)。將混合空氣處理到空氣飽和狀態(tài)點L，再加熱到送風(fēng)狀態(tài)點O，控制送風(fēng)溫度，避免了出現(xiàn)結(jié)露的問題；利用池水蒸發(fā)的能量，來加熱空氣，節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)處理空氣所需消耗的能量。

室內(nèi)游泳池池水表面存在大量水汽蒸發(fā)，導(dǎo)致室內(nèi)空氣含濕量過高，含氯離子的水汽遇冷凝結(jié)成小水滴，對裝飾材料造成腐蝕。選擇常規(guī)的處理方案，除濕效果不佳，造成室內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象嚴重，空氣品質(zhì)差，同時也帶來了高能耗和環(huán)境污染等問題；選用三集一體恒溫除濕熱泵，將除濕、空調(diào)和池水加熱于一體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)獨立式的加熱和空氣處理方式，有效利用了泳池蒸發(fā)的熱量。

2 新風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

由于池水蒸發(fā)，帶入大量的水汽，導(dǎo)致室內(nèi)空氣濕負荷較大，影響人體舒適性。因此，在方案設(shè)計時，泳池空調(diào)選型應(yīng)以除濕空氣為主，且需考慮必要的通風(fēng)換氣，以改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。但是，排出室內(nèi)暖濕空氣，引進相應(yīng)的室外新風(fēng)，擾亂了室內(nèi)環(huán)境熱平衡，同時也增加了空調(diào)系統(tǒng)負荷。因此，提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計，合理回收排風(fēng)能量，可減少能量的浪費，且相應(yīng)的文獻[10]也指出：設(shè)置豎向新風(fēng)送風(fēng)和豎向排風(fēng)系統(tǒng)且符合下列條件之一的甲類建筑，應(yīng)設(shè)置熱回收裝置。

排風(fēng)熱回收裝置（全熱和顯熱）的額定熱回收效率不應(yīng)低于60%。

送風(fēng)量不小于3000m3/h的直流式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度差不小于8℃；

設(shè)計新風(fēng)量不小于4000m3/h的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且新風(fēng)與排風(fēng)的溫度不小于8℃。

2.1 熱回收的優(yōu)化設(shè)計

針對室內(nèi)游泳池負荷的特點，提出將全熱交換器和三集一體恒溫除濕熱泵相結(jié)合的設(shè)計，采用高效節(jié)能的全熱回收裝置，回收部分室內(nèi)排風(fēng)能量，與引入的室外新風(fēng)進行能量交換，對其進行預(yù)熱或預(yù)冷，以此來降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，實現(xiàn)除濕的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計。

熱回收的優(yōu)化設(shè)計如圖3所示：回風(fēng)風(fēng)機將熱濕空氣從室內(nèi)抽出，一部分通過全熱交換器排到室外，過程中回收排風(fēng)的能量，對引入的室外新風(fēng)進行預(yù)熱或預(yù)冷，經(jīng)過預(yù)處理的新風(fēng)和回風(fēng)混合后，再流經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)，在送風(fēng)風(fēng)機的作用下，最后送入室內(nèi)。

圖3 熱回收的優(yōu)化設(shè)計

在混合空氣進入空調(diào)系統(tǒng)進行熱濕處理前，回收室內(nèi)排風(fēng)的能量來降低或增加新風(fēng)溫濕度，使空調(diào)系統(tǒng)負荷降低，從而節(jié)省空調(diào)系統(tǒng)能耗和運行費用。

2.1.1 夏季運行工況

夏季室外新風(fēng)焓值大，室內(nèi)回風(fēng)焓值小。通過全熱交換器交換能量，室外新風(fēng)從排風(fēng)中回收冷量，溫濕度降低，再經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)送入室內(nèi)，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境。夏季運行工況如圖4所示：全熱交換器回收部分排風(fēng)的能量，對室外新風(fēng)W進行預(yù)冷，預(yù)處理后的室外新風(fēng)W’和室內(nèi)回風(fēng)N混合，混合后的混合空氣C’經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)處理到L點（L為機器露點，一般位于90%～95%的相對濕度線上），再從L點等濕加熱到送風(fēng)狀態(tài)O點，最后送入室內(nèi)。

2.1.2 冬季運行工況

冬季室外新風(fēng)焓值小，室內(nèi)回風(fēng)焓值大。通過全熱交換器交換能量，室外新風(fēng)從排風(fēng)中回收熱量，溫濕度升高，再經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)送入室內(nèi)，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境。冬季運行工況如圖5所示：全熱交換器回收部分排風(fēng)的能量，對室外新風(fēng)W進行預(yù)熱，預(yù)處理后的室外新風(fēng)W’和室內(nèi)回風(fēng)M混合，混合后的混合空氣C’經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)處理到L點（L為機器露點，一般位于90%～95%的相對濕度線上），再從L點等濕加熱到送風(fēng)狀態(tài)O點，最后送入室內(nèi)。

2.1.3 過渡季運行工況

在過渡季節(jié)，室外空氣品質(zhì)較好，可使用通風(fēng)機作用來促使室內(nèi)空氣流動，使室內(nèi)實現(xiàn)機械排風(fēng)和自然通風(fēng)。合理的換氣次數(shù)可減少空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗，節(jié)約能源。而自然通風(fēng)可改善室內(nèi)潮濕的環(huán)境，給室內(nèi)人員提供更好的熱舒適性。

2.2 熱回收優(yōu)化的節(jié)能分析

根據(jù)泳池負荷的特點，室內(nèi)游泳池采用全熱回收方式從排風(fēng)能回收更多的能量，用回收的能量給引進的新風(fēng)預(yù)熱或預(yù)冷，減少相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)運行能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

文獻[11]指出：全熱回收率的計算公式為：

式中：G為送風(fēng)量，kg/s；h為新風(fēng)的比焓，kJ/kg；h＇為新風(fēng)預(yù)處理后的比焓，kJ/kg；min為送風(fēng)和排風(fēng)中較小的風(fēng)量，kg/s；h為排風(fēng)的比焓，kJ/kg。

文獻[10]提出的：排風(fēng)熱回收裝置（全熱和顯熱）的額定熱回收效率不應(yīng)低于60%。為了簡化指標，將按全熱交換器的熱回收效率為70%，送（排）風(fēng)量為7kg/s，南京市空氣狀態(tài)參數(shù)（夏季室外平均溫度34.8℃，相對濕度65%，冬季室外平均溫度-4℃，相對濕度79%，室內(nèi)空氣溫度28℃，相對濕度60%，大氣壓力100250Pa）計，計算單位體積流量的新風(fēng)采用全熱回收方式可從排風(fēng)中回收的能量，熱回收的節(jié)能效率如表1，2所示。

表1 熱回收的性能參數(shù)

表2 熱回收的節(jié)能效率

由此可知，當采用全熱回收方式回收排風(fēng)能量，減少新風(fēng)負荷，在全年運行的模式下，可顯著地減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗，提高節(jié)能效益。

3 結(jié)論

三集一體機相對于傳統(tǒng)的冷卻減濕處理設(shè)備，采用冷凝熱回收解決了空氣再熱問題，起到一定的節(jié)能效果，但是排風(fēng)能量浪費，設(shè)備負荷較高。本文結(jié)合泳池負荷的特點，在泳池空調(diào)系統(tǒng)中引進全熱交換裝置，采用全熱回收方式回收排風(fēng)能量，減少新風(fēng)負荷，進而減少空調(diào)系統(tǒng)的裝機容量和能耗，實現(xiàn)能量的回收利用，在全年運行的模式下，可顯著地減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗，提高節(jié)能效益。

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The Optimization Scheme of Dehumidification Technology of Indoor Swimming Pool

Wang Shijing Chen Yongmiao

( Jiangsu Institute of Economic and Trade Technology, Nanjing, 210007 )

In this paper, three episodes one constant temperature dehumidification heat pump in the indoor swimming pool are analyzed. And introduce a optimization scheme of the whole heat exchanger applied on fresh air system. On the basis of optimized design, energy conservation and emissions reduction are proved by analysis and calculation.

Indoor swimming pool; Full heat exchanger; New wind load; Energy saving

TU831

A

1671-6612（2019）05-524-03

江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目

王時靜（1974-），女，研究生，講師，E-mail：wsjzlkt@163.com

2018-10-28